龙门山断裂带沉积岩和天然断层泥的摩擦滑动性质与启示

详细信息   

• 责任者：何昌荣^c中同地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室^d1961^e博士^f研究员 ; Verberne ; B.A. ; Spiers ; C.J.
• 刊名：岩石力学与工程学报
• 出版年：2011
• 卷期：30^b1总236
• 关键词：沉积岩 ; 断层泥 ; 摩擦系数11^a龙门山断裂带20^a本构方程 ; 矿物成分 ; 数据采集 ; 数据处理 ; 位移
• 页码：113～131
• 索书号：P478.066/357
• 图表：^c表2参83插图
• 分类号：1600
• 文摘期号：2011/07

摘要

对采白四川龙门山断裂带(LFZ)地震发生区段的样品进行摩擦滑动实验研究，得到一系列实验结果。实验样品包括用富含黏土的完整泥岩和砂岩制备的模拟断层泥、由富含方解石的灰岩制备的模拟断层泥和一种天然断层泥。其中，天然断层泥是通过人工探槽方法采白于穿过泥岩和砂岩层的地表破裂中。富含黏土矿物的样品主要由伊利石和石英组成。在实验中，将1 mm厚的断层泥夹于具有倾斜锯切面的围岩之间，在三轴实验系统中对其进行剪切变形实验，实验条件与龙门山断裂带2 km深处的条件相一致。实验温度范围为25～150 ℃，同时为了研究摩擦强度的速度依赖性，对剪切位移的速度实施1.22～0.122 μm/s的阶跃式变化。分析结果表明，天然断层泥比原岩的泥岩和砂岩更富含伊利石，而且强度比原岩弱得多。天然断层泥的稳态摩擦系数约为0.4，而原岩则约为0.6。另外，灰岩断层泥的摩擦系数为0.6～0.7。除了灰岩，所有样品均表现为稳定、速度强化的滑动行为。灰岩在25～50 ℃表现为速度强化，但是在100～150 ℃时表现为准静态的振荡，在150 ℃时显示速度弱化行为。运用此次实验结果讨论沉积岩在类似于汶川地震这样的地震事件中所起的作用，指出该区域富含黏土的沉积层可能对从深部扩展而来的破裂扩展有阻尼作用，而灰岩则有可能会加速破裂的传播，同时产生明显的应力降。